BR112015017511B1

BR112015017511B1 - método de geração de água eletrolisada; e gerador de água eletrolisada para produzir simultaneamente água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino e água eletrolisada alcalina livre de cloreto de metal alcalino através de uma célula de dois compartimentos

Info

Publication number: BR112015017511B1
Application number: BR112015017511-2A
Authority: BR
Inventors: Masaharu Uno; Katsumi Hamaguchi
Original assignee: Industrie De Nora S.P.A.
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2021-07-06
Also published as: KR102218817B1; AR094542A1; CA2892547A1; HK1209719A1; EA201591400A1; EP2948413B1; MX2015009411A; TR201802932T4; AU2014209803B2; EP2948413A1; CN104903251A; AU2014209803A1; CA2892547C; JP5688103B2; KR20150110782A; ES2661598T3; IL238923B; WO2014114806A1; JP2014145102A; EA030556B1

Abstract

MÉTODO DE GERAÇÃO DE ÁGUA ELETROLISADA; E GERADOR DE ÁGUA ELETROLISADA PARA PRODUZIR SIMULTANEAMENTE ÁGUA ELETROLISADA ÁCIDA LIVRE DE CLORETO DE METAL ALCALINO E ÁGUA ELETROLISADA ALCALINA LIVRE DE CLORETO DE METAL ALCALINO ATRAVÉS DE UMA CÉLULA DE DOIS COMPARTIMENTOS. Um método de geração de água eletrolisada e um gerador para produzir tanto a água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino (19) quanto a água eletrolisada alcalina livre de cloreto de metal alcalino (9) eletrolisando-se a solução aquosa (7) com cloreto de metal alcalino dissolvido (11). Solução: Um método de geração de água eletrolisada, o qual compreende as etapas de: o eletrólito anódico que compreende solução aquosa com cloreto de metal alcalino dissolvido é fornecido e circulado a partir de um tanque de armazenamento (10) de eletrólito anódico que retém o eletrólito anódico em uma câmara de ânodo (2) de uma célula de dois compartimentos (1) separada por uma membrana de troca catiônica (4) em duas câmaras de uma câmara de ânodo (2) que acomoda um ânodo (5) e uma câmara de cátodo (3) que acomoda um cátodo (6), a água bruta livre de cloreto de metal alcalino (7) é fornecida para a câmara de cátodo (3), e a eletrólise é realizada, através da qual a água eletrolisada alcalina livre de (...).

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere a um método de geração de água eletrolisada e a um gerador, o qual gera, de modo estável e a uma alta eficiência de corrente, tanto água eletrolisada ácida quanto água eletrolisada alcalina de alta qualidade, livre de cloretos de metal alcalino com alta corrosividade, como sal.

TÉCNICA ANTERIOR

[002] Recentemente, o gerador de água eletrolisada foi enfatizado através de diversos movimentos nas indústrias, como: Certificação JIS para o gerador de água eletrolisada como utensílio doméstico em 2005; artigos referentes à utilização de água eletrolisada nos Padrões de Gestão de Higiene em Refeições Escolares e manuais relacionados pelo Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia em 2009, e nos Materiais Didáticos pela Associação Japonesa de Higiene de Alimentos, associada ao Ministério da Saúde em 2009.

[003] "Água eletrolisada" é um termo geral para a solução aquosa obtida através de tratamento por eletrólise de água de torneira ou salmoura fina a uma tensão de CC fraca, e é classificada de modo abrangente como "água eletrolisada ácida" formada no ânodo e "água eletrolisada alcalina" formada no cátodo.

[004] Em geral, "água eletrolisada ácida" indica coletivamente a água eletrolisada ácida com o valor de pH de 6,5 ou abaixo. Mostra um forte poder de esterilização de modo amplo a várias bactérias patogênicas ou bactérias resistentes à droga da mesma (como MRSA) e tem uma variedade de campos de aplicação, incluindo cuidados médicos, odontologia, alimentos ou agricultura. O fator de esterilização principal é água de ácido hipocloroso formada por eletrólise.

[005] Além disso, "água eletrolisada ácida" é classificada em água eletrolisada fortemente ácida, água eletrolisada levemente ácida e água eletrolisada fracamente ácida. A água eletrolisada com ácido hipocloroso como ingrediente positivo (concentração de cloro disponível: 20 a 60 ppm) a pH 2,7 ou inferior é denominada água eletrolisada fortemente ácida (água de ácido hipocloroso fortemente ácida). Para um gerador de água eletrolisada fortemente ácida, a aplicação é individualmente autorizada com base na Lei Japonesa de Assuntos Farmacêuticos, e, até então, o gerador está aprovado como um dispositivo médico (com revisão da Lei de Assuntos Farmacêuticos, venda de produção da equipe médica) com o propósito do uso mencionado abaixo.

[006] A água eletrolisada fortemente ácida (40 ppm de cloro disponível) mostra atividade bactericida/antiviral (além disso, alto efeito de inativação de norovírus) igual a hipoclorito de sódio de uma alta concentração (1000 ppm). Isso se dá devido ao fato de que, enquanto a taxa de existência de ácido hipocloroso (HClO), como um fator de esterilização, é de aproximadamente 90 % em água eletrolisada fortemente ácida, o hipoclorito de sódio, o qual é alcalino, permanece em menos do que 5 % e 95 % ou mais e existe como um íon de ácido hipocloroso fracamente ativo (ClO-). No entanto, o ácido hipocloroso reage facilmente com matéria orgânica e, desse modo, se há muita matéria orgânica, o poder de esterilização da água eletrolisada fortemente ácida diminui consideravelmente. Para superar isso, um método é adotado como uma maneira eficaz de que um objeto a ser esterilizado seja primeiramente tratado em água eletrolisada fortemente alcalina, onde se revelou que um efeito de remoção de óleos, gorduras e proteína é alto e, então, é tratado em água eletrolisada fortemente ácida. Vários testes foram conduzidos até o momento a respeito de segurança, a partir dos quais se confirmou um alto nível.

[007] A água eletrolisada levemente ácida é uma solução aquosa de ácido hipocloroso com o valor de pH de 5 a 6,5 e cloro disponível a 10 a 30 ppm, e é característico que toda a água gerada seja água de esterilização. Mostra atividade bactericida e antiviral similar à água eletrolisada fortemente ácida. Os resultados do teste de segurança são iguais.

[008] A água eletrolisada fracamente ácida com uma faixa de pH entre a água eletrolisada levemente ácida e a água eletrolisada fortemente ácida foi aprovada pela deliberação da Comissão de Segurança Alimentar. A água eletrolisada fracamente ácida é reconhecida como tendo atividade e segurança que são iguais à água eletrolisada fortemente ácida ou à água eletrolisada levemente ácida.

[009] Por outro lado, a "água eletrolisada alcalina" é composta primariamente por álcali cáustico gerado no lado do cátodo simultaneamente na eletrólise. A "água eletrolisada alcalina" é aproximadamente classificada em duas: água eletrolisada fortemente alcalina (pH 11 a 11,5) e água eletrolisada fracamente alcalina (pH 9 a 10), denominada água ionizada alcalina, formada por água de torneira eletrolisante com o uso de um gerador doméstico de água eletrolisada, também chamado purificador de água ionizada alcalina. O gerador doméstico de água eletrolisada é o nome de um equipamento médico doméstico classificado como "um gerador de material médico de instrumento utilitário 83" na Ordem de Cumprimento do Ato de Assuntos Farmacêuticos. Os efeitos, como mencionado abaixo, de água ionizada alcalina que receberam aprovação como um dispositivo médico foram confirmados como os resultados de testes clínicos comparativos restritos. Mais especificamente, é eficaz para "diarreia crônica, indigestão, fermentação anormal no estômago e nos intestinos, antiácido e hiperacidez". Além disso, um efeito de aperfeiçoamento foi aceito para a constipação. Foi revisado agora como tendo "um efeito de aperfeiçoamento do sintoma gastrointestinal" com revisão (2005) do Ato de Assuntos Farmacêuticos.

[010] Eletrolisando-se a solução aquosa em que cloretos de metal alcalino que contêm eletrólito, como solução aquosa de cloreto de sódio ou solução aquosa de cloreto de potássio, são dissolvidos, no gerador de água eletrolisada, a água eletrolisada ácida que contém água de ácido hipocloroso é obtida no ânodo e a água eletrolisada alcalina que contém álcali cáustico é obtida no cátodo. O sistema eletrolítico para realizar a eletrólise aplicando-se a solução aquosa de cloreto de sódio e a solução aquosa de cloreto de potássio como eletrólito forma a água eletrolisada ácida, incluindo a água de ácido hipocloroso que tem um efeito esterilizante para bactérias, incluindo Escherichia coli no lado do ânodo, enquanto a água eletrolisada alcalina que inclui álcali cáustico que tem uma forte detergência, como desengorduramento e remoção de proteína, é formada no lado do cátodo e é amplamente usada nos campos de processamento de alimentos, agricultura e cuidados médicos e de enfermagem.

[011] Para tal sistema eletrolítico para gerar água eletrolisada ácida, incluindo água de ácido hipocloroso e água eletrolisada alcalina que inclui álcali cáustico, são conhecidos métodos que empregam a célula de dois compartimentos e a célula de três compartimentos.

[012] Na presente invenção, a água de ácido hipocloroso formada no ânodo por eletrólise ou a água eletrolisada ácida que inclui água de ácido hipocloroso a ser formada dissolvendo-se gás de cloro gerado no ânodo na água de dissolução após a separação e a recuperação, é simplesmente denominada "água eletrolisada ácida", enquanto a água eletrolisada alcalina que inclui álcali cáustico é simplesmente denominada "água eletrolisada alcalina".

[013] Como um método que aplica uma célula de dois compartimentos, a Literatura de Patente 1 descreve exemplos. A célula de dois compartimentos tem um ânodo e um cátodo separados por um diafragma, em que a solução aquosa de cloreto de sódio é fornecida à câmara de ânodo e a água bruta, como água de torneira, ou solução aquosa de cloreto de sódio é fornecida à câmara de cátodo para a operação de eletrólise.

[014] É indicado que, na água eletrolisada ácida produzida de tal modo, uma concentração relativamente alta de cloreto de sódio não reagido permanece e que tal cloreto de sódio pode ser precipitado após o serviço ou problemas que incluem corrosão de metal de tubulação irão ocorrer. Em tal sistema de geração de água eletrolisada pelo método de dois compartimentos, a salmoura é fornecida para a câmara de ânodo para melhorar a eficiência de eletrólise.

[015] Por esse motivo, a água eletrolisada ácida gerada na câmara de ânodo, a qual contém não somente ácido hipocloroso, porém, também um componente de cloreto de sódio, irá causar tal fenômeno como evaporação de gás de cloro através do movimento de equilíbrio. Já que o ácido hipocloroso irá evaporar em um curto período de tempo, se torna difícil que a água eletrolisada ácida mantenha o poder de esterilização exigido por um longo período de tempo, resultando em aplicações limitadas. Além disso, a corrosão do dispositivo periférico por esse cloreto de sódio se torna um obstáculo sério para a expansão do mercado.

[016] Desse modo, uma célula de três compartimentos, a qual tem uma configuração que consiste na câmara de ânodo separada por uma membrana de troca aniônica, na câmara de cátodo separada por uma membrana de troca catiônica e na câmara intermediária separada pelas duas membranas, pode minimizar a mistura de componente de sal de material bruto em água eletrolisada ácida formada e água eletrolisada alcalina fornecendo-se salmoura de material bruto na câmara intermediária. Então, a célula de três compartimentos pode solucionar os problemas encontrados até então, incluindo alta corrosividade e inadequação a campos agrícolas, e muitas empresas participam do desenvolvimento de dispositivos associados e muitos pedidos de patente foram depositados.

[017] A literatura de patente representativa inclui a Literatura de patente 2 e a Literatura de patente 3. Esse método emprega uma célula de três compartimentos, que compreende a câmara de ânodo, a câmara intermediária e a câmara de cátodo separadas por duas lâminas de diafragma que têm capacidade troca iônica. A eletrólise é conduzida de tal maneira que a solução aquosa de cloreto de sódio seja fornecida para a câmara intermediária, e a água bruta livre de cloreto de metal alcalino é fornecida para a câmara de ânodo e para a câmara de cátodo de modo a constituir a água eletrolisada ácida no ânodo e a água eletrolisada alcalina no cátodo, respectivamente. Nesse método, uma membrana de troca aniônica é aplicada como diafragma para separar a câmara de ânodo e a câmara intermediária, e uma membrana de troca catiônica é aplicada como diafragma para separar a câmara de cátodo e a câmara intermediária. Teoricamente, somente o íon de cloreto que é necessário para a composição de água eletrolisada ácida migra da câmara intermediária para a câmara de ânodo, e somente o íon de sódio que é necessário para a composição de água eletrolisada alcalina migra da câmara intermediária para a câmara de cátodo.

[018] Desse modo, sugere-se que, em comparação à célula de dois compartimentos, esse método é vantajoso ao constituir a água eletrolisada com menos cloreto de sódio residual, melhorando os problemas de precipitação de sal após o uso ou corrosão de metal por sal.

[019] Como mencionado acima, a célula de três compartimentos aplica dois tipos de membrana de troca iônica: membrana de troca aniônica e membrana de troca catiônica para constituir a água eletrolisada ácida e a água eletrolisada alcalina. Quando a membrana de troca aniônica e a membrana de troca catiônica comercialmente disponíveis são comparadas, constatou-se que os seguintes problemas ocorrem devido ao fato de que a condutividade aniônica e a seletividade iônica da membrana de troca aniônica são inferiores.

[020] Quando, por exemplo, a eletrólise é conduzida na célula de três compartimentos de tal maneira que a solução aquosa de cloreto de sódio seja fornecida para a câmara intermediária e a água bruta que não inclui cloreto de metal alcalino, como sal, seja fornecida para a câmara de ânodo e para a câmara de cátodo, os íons de cloreto migram a partir da câmara intermediária para a câmara de ânodo através da membrana de troca aniônica e, ao mesmo tempo, íons de sódio migram para a câmara de cátodo através da membrana de troca catiônica. Nesse momento, a reação de geração de cloro, como mostrado pela Equação (1), progride no ânodo e o cloro formado reage imediatamente com a água como na Equação (2) para constituir a água eletrolisada ácida. No entanto, quando o fornecimento dos íons de cloreto é insuficiente, a geração de oxigênio progride de modo competitivo através da eletrólise de água, como mostrado na Equação (3). Por outro lado, no cátodo, a geração de hidrogênio progride através da eletrólise de água, como na Equação (4), e a água de hidróxido de sódio (água eletrolisada alcalina) é composta pelos íons de hidroxila formados e pelos íons de sódio fornecidos a partir da câmara intermediária.

[021]

[022]

[023]

[024]

[025] A velocidade de migração de íons de sódio que penetram uma membrana de troca catiônica comercial é suficientemente rápida e, mesmo se a densidade de corrente no momento da eletrólise for alterada, por exemplo, de um nível baixo de 3 A/dm2 para um nível alto de 20 A/dm2, 90 % ou mais da corrente elétrica aplicada são utilizados para constituir a água eletrolisada alcalina.

[026] No entanto, a velocidade de migração de íons de cloreto que penetram uma membrana de troca aniônica comercial não é tão alta. Por exemplo, a corrente elétrica utilizada para a composição da água eletrolisada ácida (eficiência de corrente) é de cerca de 80 %, mesmo através da eletrólise a uma baixa densidade de corrente, e diminui para cerca de 40 % a uma alta densidade de corrente. Desse modo, a eficiência de energia para compor a água de ácido hipocloroso no ânodo não é alta, causando um problema de que, quanto maior a densidade de corrente, menor será a eficiência de energia.

[027] Além disso, por exemplo, quando a eletrólise é continuada pela célula de três compartimentos, enquanto circula e fornece solução aquosa de cloreto de sódio para a câmara intermediária, o pH da solução aquosa de cloreto de sódio circulante decai (ácido) com o tempo e, ao mesmo tempo, o gás de cloro que é prejudicial para o corpo humano é gerado, já que o ingrediente cloro disponível se acumula na solução aquosa de cloreto de sódio, causando um problema de segurança de vazamento fora do sistema eletrolítico. A causa da geração do gás de cloro não é clara. O ácido hipocloroso e o ácido clorídrico são compostos pela Equação (2) e sucessivamente pela Equação (1) e o íon de hidrogênio é composto pela reação colateral, a Equação (3). A membrana de troca aniônica comercial aplicada para a separação da câmara de ânodo e da câmara intermediária é insuficiente na seletividade iônica e espera-se que o ácido hipocloroso ou o íon de hidrogênio se movam a partir da câmara de ânodo para a câmara intermediária através da membrana de troca aniônica.

[028] O motivo pelo qual a seletividade iônica de uma membrana de troca aniônica comercial se mostra insuficiente é o fato de que mesmo a água eletrolisada ácida composta em uma célula de três compartimentos se mistura com cloreto de sódio de uma baixa concentração. A membrana de troca aniônica não penetra teoricamente o íon de sódio, o qual é o cátion, porém, em água de ácido hipocloroso preparado com o uso de uma membrana de troca aniônica comercial, o aumento da concentração do íon de sódio é claramente reconhecido em comparação à água bruta. Por outro lado, uma membrana de troca catiônica comercial tem uma seletividade iônica suficiente e, em água eletrolisada alcalina formada no cátodo, o aumento da concentração do íon de cloreto é pouco admitido em comparação à água bruta.

[029] Além dos problemas mencionados acima, há outro problema na membrana de troca aniônica comercial que se refere ao fato de que, já que a deterioração é acelerada pelos agentes oxidantes, como ácido hipocloroso, a seletividade iônica e a condutividade aniônica diminuem cada vez mais quando a eletrólise é continuada. A Literatura de patente 4 e a Literatura de patente 5 sugerem, como um método de restrição da deterioração da membrana de troca aniônica, que o contato de oxidantes, como ácido hipocloroso formado no ânodo e em uma membrana de troca aniônica, seja fisicamente afastado dispondo-se um tecido não tecido poroso ou um corpo de estrutura porosa entre o ânodo e a membrana de troca aniônica. No entanto, o contato do oxidante com a membrana de troca aniônica não pode ser impedido completamente por esses métodos, e a tensão de célula aumenta inserindo-se um material isolante entre o ânodo e o cátodo, levando a outro problema de aumento de consumo de energia de eletricidade.

[030] Desse modo, a taxa de utilização de energia elétrica (eficiência de corrente) na produção de água eletrolisada ácida pelo gerador de água eletrolisada aplicando-se a célula de três compartimentos convencional é baixa principalmente devido à membrana de troca aniônica aplicada, e uma pequena quantidade de eletrólito se mistura à água eletrolisada ácida produzida inevitavelmente. Além disso, há um problema de que a membrana de troca anódica foi deteriorada com um intervalo de tempo de operação de eletrólise por ácido hipocloroso gerado no ânodo. Nem um método nem um dispositivo para solucionar todos esses problemas foi sugerido até o presente momento.

LITERATURA TÉCNICA RELACIONADA

[031] Literatura de patente

[032] Literatura de patente 1: Publicação de Pedido de Patente Japonês Não Examinado Hei07-214063

[033] Literatura de patente 2: Publicação de Pedido de Patente Japonês Não Examinado 2000-212787

[034] Literatura de patente 3: Publicação de Pedido de Patente Japonês Não Examinado 2009-072755

[035] Literatura de patente 4: Publicação de Pedido de Patente Japonês Não Examinado 2006-322053

[036] Literatura de patente 5: Publicação de Pedido de Patente Japonês Não Examinado 2012-110809

SUMÁRIO DA INVENÇÃO Problema da Técnica

[037] A presente invenção tem como objetivo fornecer um método de geração de água eletrolisada e um gerador, o qual pode superar falhas e problemas do método de geração de água eletrolisada e do gerador aplicando-se a célula de dois compartimentos e a célula de três compartimentos convencionais, como mencionado acima, pode produzir água eletrolisada de alta qualidade que compreende tanto a água eletrolisada ácida quanto a água eletrolisada alcalina, livre de cloreto de metal alcalino altamente corrosivo, como sal, a uma alta eficiência de corrente, pode controlar o pH da água eletrolisada ácida e pode operar de modo estável por um longo período de tempo com alta durabilidade. Solução para o Problema

[038] Como uma primeira solução para os problemas mencionados acima, a presente invenção fornece um método de geração de água eletrolisada, o qual compreende as etapas de:

[039] o eletrólito anódico que compreende solução aquosa com cloreto de metal alcalino dissolvido é fornecido e circulado a partir de um tanque de armazenamento de eletrólito anódico que retém o eletrólito anódico para uma câmara de ânodo de uma célula de dois compartimentos separada por uma membrana de troca catiônica em duas câmaras de uma câmara de ânodo que acomoda um ânodo e em uma câmara de cátodo que acomoda um cátodo,

[040] a água bruta livre de cloreto de metal alcalino é fornecida para a câmara de cátodo, e

[041] a eletrólise é realizada, através da qual

[042] a água eletrolisada alcalina livre de cloreto de metal alcalino na câmara de cátodo é produzida e simultaneamente,

[043] o cloro que contém gás é produzido na câmara de ânodo,

[044] após o gás ser separado e coletado a partir do eletrólito anódico, o mesmo entra em contato com o fluido de dissolução livre de cloreto de metal alcalino a ser dissolvido, e

[045] a água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino é produzida.

[046] Como a segunda solução para os problemas mencionados acima, a presente invenção fornece o método de geração de água eletrolisada, em que, quando o gás separado e coletado a partir do eletrólito anódico entra em contato com o fluido de dissolução a ser dissolvido, a água eletrolisada alcalina eletroliticamente produzida é adicionada ao fluido de dissolução a uma taxa de fluxo regulada para controlar o pH da água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino.

[047] Como uma terceira solução para os problemas mencionados acima, a presente invenção fornece o método de geração de água eletrolisada, em que, após o cloro que contém gás evoluído a partir do tanque de armazenamento do eletrólito anódico ser coletado e misturado com cloro que contém gás evoluído na câmara de ânodo, o cloro misturado que contém gás entra em contato com o fluido de dissolução a ser dissolvido para produzir a água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino.

[048] Como a quarta solução para os problemas mencionados acima, a presente invenção fornece o método de geração de água eletrolisada, em que uma célula de dois compartimentos que compreende um cátodo que é um corpo poroso e uma membrana de troca catiônica aderida de modo próximo ao cátodo poroso é aplicada e a membrana de troca catiônica é impulsionada para o cátodo poroso tornando a contrapressão da câmara de ânodo maior do que aquela da câmara de cátodo.

[049] Como a quinta solução para os problemas mencionados acima, a presente invenção fornece o método de geração de água eletrolisada, em que a eletrólise é realizada aplicando-se o eletrólito anódico em que o cloreto de metal alcalino é dissolvido a 10 % em peso ou mais.

[050] Como a sexta solução para os problemas mencionados acima, a presente invenção fornece o método de geração de água eletrolisada, em que o tempo de contato e dissolução do cloro eletroliticamente gerado que contém gás com o fluido de dissolução é de 0,05 segundos ou mais por 1 ml do gás.

[051] Como a sétima solução para os problemas mencionados acima, a presente invenção fornece um gerador de água eletrolisada para produzir simultaneamente a água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino e a água eletrolisada alcalina livre de cloreto de metal alcalino pela célula de dois compartimentos, o qual compreende:

[052] uma célula de dois compartimentos dividida em duas câmaras de uma câmara de ânodo que acomoda um ânodo e uma câmara de cátodo que acomoda um cátodo por uma membrana de troca catiônica,

[053] um tanque de armazenamento de eletrólito anódico para reter o eletrólito anódico que compreende uma solução aquosa em que o cloreto de metal alcalino é dissolvido,

[054] um circulador que circula o eletrólito anódico no tanque de armazenamento do eletrólito anódico para câmara de ânodo,

[055] um tubo de saída do eletrólito anódico para descarregar o cloro que contém gás evoluído na câmara de ânodo e do eletrólito anódico com gás dissolvido do mesmo a partir da câmara de ânodo,

[056] um separador de gás-líquido que separa cloro que contém gás do tubo de saída do eletrólito anódico e do eletrólito anódico com o gás dissolvido,

[057] um dissolvidor de gás de cloro para produzir a água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino, fazendo com que o gás, após separado e coletado do eletrólito anódico no separador de gás-líquido, entre em contato com o fluido de dissolução livre de cloreto de metal alcalino,

[058] um tubo de entrada do fluido de dissolução para fornecer o fluido de dissolução para o dissolvidor de gás de cloro,

[059] um tubo de entrada da água bruta para fornecer a água bruta livre de cloreto de metal alcalino para a câmara de cátodo, e

[060] um tubo de saída da água eletrolisada alcalina para descarregar a água eletrolisada alcalina gerada na câmara de cátodo a partir da câmara de cátodo.

[061] Como a oitava solução para os problemas mencionados acima, a presente invenção fornece um gerador de água eletrolisada, em que o pH da água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino é regulado adicionando-se a água eletrolisada alcalina eletroliticamente produzida a uma taxa de fluxo controlada ao dissolvidor de gás de cloro, em que a água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino é produzida com o gás separado e coletado a partir do eletrólito anódico no separador de gás-líquido que é colocado em contato com o fluido de dissolução a ser dissolvido.

[062] Como a nona solução para os problemas mencionados acima, a presente invenção fornece um gerador de água eletrolisada, em que a água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino é produzida coletando-se o cloro que contém gás evoluído no tanque de armazenamento do eletrólito anódico, misturando-o com o cloro que contém gás evoluído na câmara de ânodo e fazendo com que esses entrem em contato com o fluido de dissolução a ser dissolvido.

[063] Como a décima solução para os problemas mencionados acima, a presente invenção fornece um gerador de água eletrolisada, em que uma porção de água bruta no tubo de entrada para fornecer água bruta livre de cloreto de metal alcalino para a câmara de cátodo é ramificada e ligada ao tubo de entrada para fornecer fluido de dissolução para o dissolvidor de gás de cloro, e a água bruta ramificada é utilizada como fluido de dissolução.

[064] Como a décima primeira solução para os problemas mencionados acima, a presente invenção fornece um gerador de água eletrolisada, em que uma célula de dois compartimentos que compreende um cátodo que é um corpo poroso e uma membrana de troca catiônica aderida de modo próximo ao cátodo poroso é aplicada e a membrana de troca catiônica é impulsionada para o cátodo poroso tornado a contrapressão da câmara de ânodo maior do que aquela da câmara de cátodo. Efeitos Vantajosos da Invenção

[065] De acordo com o método de geração de água eletrolisada e com o gerador que a presente invenção sugere, a eletrólise é realizada com a água bruta livre de cloreto de metal alcalino que é fornecida para a câmara de cátodo da célula de dois compartimentos dividida pela membrana de troca catiônica. Então, a água eletrolisada alcalina quase livre de cloreto de metal alcalino pode ser produzida no lado do cátodo, a uma alta eficiência de corrente. Enquanto isso, no lado do ânodo, o eletrólito anódico que compreende a solução aquosa com o cloreto de metal alcalino dissolvido é circulado a partir do tanque de armazenamento do eletrólito anódico que retém o eletrólito anódico, produzindo o cloro que contém gás de alta concentração a uma alta eficiência de corrente. O cloro que contém gás de alta concentração é coletado no separador de gás-líquido, separado do eletrólito anódico que compreende uma solução aquosa com cloreto de metal alcalino dissolvido e colocado em contato com fluido de dissolução que não dissolve o cloreto de metal alcalino, a ser dissolvido no dissolvidor de gás de cloro. De tal modo, a água eletrolisada ácida praticamente livre de cloreto de metal alcalino pode ser produzida de maneira eficiente. Além disso, a presente invenção pode melhorar a durabilidade devido ao fato de que a célula de dois compartimentos que compreende o ânodo, o cátodo e a membrana de troca catiônica somente com uma alta durabilidade é usada, sem o uso de uma membrana de troca aniônica com muitos problemas, incluindo a durabilidade.

[066] Além disso, a presente invenção pode produzir qualquer força arbitrariamente deseja de água eletrolisada fortemente ácida, de água eletrolisada fracamente ácida ou de água eletrolisada levemente ácida regulando-se o valor de pH da água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino com adição de água eletrolisada alcalina eletroliticamente produzida sob controle da taxa de fluxo quando o gás separado e coletado a partir do eletrólito anódico entra em contato com o fluido de dissolução a ser dissolvido.

[067] Além disso, quando o cloro é liberado do eletrólito anódico retido no tanque de armazenamento do eletrólito anódico e permeia gradualmente o tanque de armazenamento do eletrólito anódico se a eletrólise for continuada, a presente invenção pode impedir que o cloro vaze e pode promover uma utilização eficaz de gás de cloro deixando que o cloro que contém gás no tanque de armazenamento do eletrólito anódico se una ao cloro que contém gás que foi evoluído no ânodo e enviando-o para o dissolvidor de gás de cloro.

[068] Além disso, na célula eletrolítica da presente invenção, o cátodo aplicado é o corpo poroso e é disposto em contato próximo com a membrana de troca catiônica. A câmara de ânodo é configurada para ter uma contrapressão mais alta do que a câmara de cátodo para que a membrana de troca catiônica seja impulsionada para o cátodo poroso, o qual pode manter uma baixa tensão de célula e reduzir consideravelmente o consumo de energia por efeito de sinergia com a eficiência de corrente melhorada, em comparação à célula de três compartimentos convencional.

[069] Além disso, de acordo com a presente invenção, a geração de cloro pela Equação (1) é promovida de modo eficaz pela eletrólise, aplicando-se o eletrólito anódico com cloreto de metal alcalino dissolvido a 10 % em peso ou mais. O cloro gerado reage, em primeiro lugar, com o eletrólito anódico, como mostrado na Equação (2), e se acumula como ácido hipocloroso e ácido clorídrico. Quando o cloro dissolvido no eletrólito anódico alcança a saturação, o cloro ocorre como gás.

[070] Além disso, de acordo com a presente invenção, o cloro pode ser impedido de ser liberado para o exterior do presente gerador controlando-se o tempo de contato e dissolução do cloro que contém gás e do fluido de dissolução em 0,05 segundos ou mais por 1 ml do gás.

[071] Além disso, de acordo com a presente invenção, a porção de água bruta no tubo de entrada de água bruta para fornecer a água bruta livre de cloreto de metal alcalino para a câmara de cátodo pode ser ramificada e ligada ao tubo de entrada de fluido de dissolução para fornecer o fluido de dissolução ao dissolvidor de gás de cloro. Desse modo, a água bruta ramificada pode ser usada como fluido de dissolução, levando a uma utilização eficaz das instalações. No entanto, já que o propósito da água bruta é diferente do fluido de dissolução, como será mencionado, a solução aquosa individual pode ser mais bem usada em alguns casos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[072] Fig.1 Um fluxograma que mostra um exemplo de gerador de água eletrolisada da presente invenção;

[073] Fig.2 Um fluxograma que mostra um exemplo de gerador de água eletrolisada convencional.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADE

[074] A seguir é descrita a modalidade da presente invenção em referência às figuras.

[075] A Fig.1 mostra um exemplo do gerador de água eletrolisada da presente invenção que compreende a célula de dois compartimentos 1 , a câmara de ânodo 2, a câmara de cátodo 3, a membrana de troca catiônica 4, o ânodo 5, o cátodo 6, o tubo de entrada da água bruta 7, o tanque de armazenamento de água eletrolisada alcalina 8, o tubo de saída de água eletrolisada alcalina 9, o tanque de armazenamento de eletrólito anódico 10, o circulador 11, o separador de gás-líquido 12, o tubo de gás anódico 13, o tubo de gás de cloro 14, o tubo de entrada de fluido de dissolução 15, a bomba de água eletrolisada alcalina 16, a válvula de controle de fluxo 17, o dissolvidor de gás de cloro 18, o tubo de saída de água eletrolisada ácida 19 e o tubo de saída de eletrólito anódico 20.

[076] Na presente invenção, o eletrólito anódico que compreende a solução aquosa em que o cloreto de metal alcalino, como sal, é dissolvido é fornecido para a câmara de ânodo 2 da célula de dois compartimentos 1 separado em dois compartimentos: a câmara de ânodo 2 que acomoda o ânodo 5 e a câmara de cátodo 3 que acomoda o cátodo 6 pela membrana de troca catiônica 4 a partir do tanque de armazenamento do eletrólito anódico 10 que armazena o eletrólito anódico com o uso do circulador 11, e a eletrólise é realizada enquanto a água bruta livre de cloreto de metal alcalino, como sal, está sendo fornecida a partir do tubo de entrada de água bruta 7 para a câmara de cátodo 3. Através da operação de eletrólise, a água eletrolisada alcalina livre de cloreto de metal alcalino é produzida na câmara de cátodo 3. A água eletrolisada alcalina produzida é descarregada a partir do tubo de saída da água eletrolisada alcalina 9 através do tanque de armazenamento da água eletrolisada alcalina 8.

[077] O cloro que contém gás é gerado na câmara de ânodo 2 e é separado do eletrólito anódico no separador de gás-líquido 12 e, então, o gás coletado é enviado para o dissolvidor de gás de cloro 18 através do tubo de gás anódico 13. O fluido de dissolução livre de cloreto de metal alcalino, como sal, é fornecido para o dissolvidor de gás de cloro 18 a partir do tubo de entrada do fluido de dissolução 15 e a água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino, como sal, é gerada no dissolvidor de gás de cloro 18. A água eletrolisada ácida gerada é descarregada através do tubo de saída da água eletrolisada ácida 19.

[078] Por outro lado, o eletrólito anódico separado pelo separador de gás-líquido 12 é circulado para o tanque de armazenamento do eletrólito anódico 10.

[079] O cloreto de metal alcalino contido no eletrólito anódico no tanque de armazenamento do eletrólito anódico 10 é parcialmente decomposto para evoluir o gás de cloro. A fim de eliminar o efeito negativo do vazamento de gás que ocorre a partir do gás de cloro e de utilizá-lo de modo eficaz, o gás de cloro evoluído no tanque de armazenamento do eletrólito anódico 10 é enviado para o dissolvidor de gás de cloro 18 por meio do tubo de gás de cloro 14 a ser usado para produzir a água eletrolisada ácida.

[080] A porção de água bruta pode ser usada como o fluido de dissolução a ser fornecido para o dissolvidor de gás de cloro 18 por meio de um tubo (não ilustrado) ramificado a partir do tubo de entrada de água bruta 7.

[081] A água eletrolisada alcalina eletroliticamente produzida na câmara de cátodo 3 pode ser adicionada ao fluido de dissolução no dissolvidor de gás de cloro 18 sob o controle de taxa de fluxo através da válvula de controle de fluxo 17 através do tanque de armazenamento da água eletrolisada alcalina 8 pela bomba de água eletrolisada alcalina 16. De tal modo, o valor de pH da água eletrolisada ácida produzida no dissolvidor de gás de cloro 18 pode ser controlado até um valor desejado.

[082] Para o cloreto de metal alcalino a ser usado para o eletrólito anódico, LiCl, NaCl e KCl são exemplificados, entre os quais o NaCl e o KCl podem ser preferencialmente aplicados. Como a água bruta, água de poço e água de rede pública estão disponíveis. Estão mais adequadamente disponíveis a água mole preparada removendo-se o íon de Ca e o íon de Mg contidos na água e na água de rede pública, água de troca iônica preparada removendo-se adicionalmente outro cátion e outro ânion, e água pura preparada removendo-se até mesmo componentes orgânicos.

[083] Quando a eletrólise é conduzida enquanto o eletrólito anódico que contém um ou mais tipos desses cloretos de metal alcalino está sendo fornecido para a câmara de ânodo 2, a reação de geração de cloro mostrada na Equação (1) e a reação de geração de oxigênio na Equação (3) progridem de modo competitivo no ânodo 5. A presente invenção permite que a geração de cloro na Equação (1) progrida de modo eficaz controlando-se a concentração de cloreto de metal alcalino na solução aquosa fornecida para a câmara de ânodo em 2 a 10 % em peso ou mais. O cloro evoluído reage, em primeiro lugar, com o eletrólito anódico, como mostrado na Equação (2), e de acumula como ácido hipocloroso e ácido clorídrico e, quando a quantidade dissolvida de cloro no eletrólito anódico alcança a saturação, o cloro evolui como gás. A fim de gerar o gás de cloro de modo eficaz, é eficaz permitir que o eletrólito anódico circule até que a quantidade dissolvida de cloro alcance a saturação ou diminua a concentração de saturação da dissolução de cloro diminuindo-se o valor de pH com o HCl adicionado ao eletrólito anódico.

[084] Quando a eletrólise é conduzida enquanto a água bruta exemplificada acima está sendo fornecida para a câmara de cátodo 3, o íon de hidroxila é gerado a partir da reação eletrolítica da água mostrada na Equação (4) no cátodo 6 e da água eletrolisada alcalina em que o cátion da câmara de ânodo 2 penetrada através da membrana de troca catiônica 4 é o contraíon produzido e descarregado a partir do tubo de saída da água eletrolisada alcalina 9 através do tanque de armazenamento de água eletrolisada alcalina 8. O pH da água eletrolisada alcalina é 8 ou mais, embora varie com a taxa de fluxo da água bruta ou a densidade de corrente no momento da eletrólise. Quando os ingredientes de dureza, como íon de Ca e íon de Mg estão contidos na água bruta, incrustação se desenvolve na superfície do cátodo 6, no interior da câmara de cátodo 3 e na parte interna do tubo de saída da água eletrolisada alcalina 9. Tais problemas são fáceis de ocorrer, em um longo tempo de eletrólise, em que a reação de cátodo é inibida ou o volume de fluxo de água eletrolisada alcalina diminui. Para suprimir tal mau funcionamento, é particularmente preferencial usar água mole, água de troca iônica ou água pura para que a água bruta seja fornecida para a câmara de cátodo 3.

[085] Já que a água bruta que tem uma baixa condutividade é fornecida para a câmara de cátodo 3, a tensão de célula no momento da eletrólise se torna consideravelmente alta se uma cavidade existir entre a membrana de troca catiônica 4 e o cátodo 6, resultando em um problema de consumo de energia elevado. Então, para lidar com essa situação, o cátodo 6 é produzido a com materiais porosos, como malha, placa perfurada e corpo espumado e é disposto de maneira que seja fixado de modo próximo à membrana de troca catiônica 4, e a contrapressão da câmara de ânodo 2 é tornada maior do que aquela da câmara de cátodo 3, para que a tensão eletrolítica no momento da eletrólise seja mantida baixa pela configuração em que a membrana de troca catiônica 4 é impulsionada para o cátodo poroso 6. Para a câmara de ânodo 2, o aumento da tensão de célula no momento da eletrólise é pequeno mesmo se uma cavidade existir entre a membrana de troca catiônica 4 e o ânodo 5, já que o eletrólito anódico da alta condutividade é fornecido. Desse modo, não é sempre necessário que a membrana de troca catiônica 4 esteja fixada de modo próximo ao ânodo 5. É exemplificado como um método manter a contrapressão da câmara de ânodo 2 maior do que aquela da câmara de cátodo 3, em que a altura do separador de gás-líquido 12 localizado acima da câmara de ânodo 2 é mantida maior do que a altura do tanque de armazenamento da água eletrolisada alcalina 8 e o tubo de saída da água eletrolisada alcalina 9 localizado a jusante da câmara de cátodo 3.

[086] O cloro que contém gás evoluído no ânodo 5 é fornecido para o separador de gás-líquido 12 junto ao eletrólito anódico e o gás coletado somente se move para o tubo de gás anódico 13 e o eletrólito anódico é retornado ao tanque de armazenamento de eletrólito anódico 10. Como mencionado acima, o cloro se dissolve no eletrólito anódico quase até a concentração de saturação. Quando a eletrólise é continuada, o cloro pode ser liberado do eletrólito anódico acumulado no tanque de armazenamento do eletrólito anódico 10 e gradualmente o tanque se torna cheio de cloro e, por fim, um problema ocorre quanto à segurança já que o cloro vaza para fora do tanque. Tal problema de vazamento de cloro pode ser evitado de tal modo que o cloro que contém gás no tanque de armazenamento do eletrólito anódico 10 seja conduzido até o tubo de gás de cloro 14 e unido ao gás que contém cloro evoluído no ânodo 5 e transferido para o tubo de gás anódico 13.

[087] O cloro no gás entra em contato com o fluido de dissolução no dissolvidor de gás de cloro 18 e se dissolve para se tornar água eletrolisada ácida através da reação mostrada na Equação (2). Enquanto, quando toda a quantidade de cloro fornecida para o dissolvidor de gás de cloro 18 não entra em contato com o fluido de dissolução e não é dissolvido, o cloro não dissolvido é liberado para fora do sistema, causando um problema de segurança. Para impedir que esse problema ocorra, é necessário fornecer o fluido de dissolução na quantidade suficiente para dissolver o cloro fornecido para o dissolvidor de gás de cloro 18. Além disso, é preferencial que p dissolvidor de gás de cloro 18 tenha meios para promover o contato e a dissolução do cloro como um aspersor, um difusor de gás, um agitador externo, um agitador estático e um purificador. Ademais, a liberação de cloro para fora do sistema pode ser impedida controlando-se o tempo de contato para a dissolução do cloro que contém gás evoluído da eletrólise com o fluido de dissolução para 0,05 segundos ou mais por 1 ml do gás.

[088] No presente gerador, o fluido de dissolução a ser usado para produzir a água eletrolisada ácida pode ou não ser igual à água bruta a ser usado para fabricar a água eletrolisada alcalina. Na reação de água e cloro mostrada na Equação (2), o ácido clorídrico é subproduzido além do ácido hipocloroso e, então, a água eletrolisada ácida pelo presente gerador tende a se tornar ácida. Como mencionado acima, como a água bruta fornecida para a câmara de cátodo 23, o uso de água mole, água submetida à troca iônica ou água pura é preferencial para controlar a incrustação de íon de Ca e íon de Mg. Enquanto, para o fluido de dissolução a ser usado para fabricar a água de ácido hipocloroso, águas que contêm íon de Ca e íon de Mg, como água de poço ou água de rede pública, podem ser usadas sem problemas.

[089] No presente gerador, a concentração de ácido hipocloroso na água eletrolisada ácida pode ser regulada pelo volume de abastecimento de fluido de dissolução e aquele de cloro que contém gás evoluído a partir do ânodo 5. No entanto, o valor de pH diminui com a concentração de ácido hipocloroso, já que o ácido clorídrico é subproduzido, como mostrado na Equação (2). Como mencionado acima, a água de ácido hipocloroso na água eletrolisada ácida tem um grande poder de oxidação, e é utilizada para o uso de esterilização de Escherichia coli e bactérias. O poder de esterilização, no entanto, varia com o valor de pH e sabe-se que um pH de cerca de 6 é forte. Quando em pH baixo, o ácido hipocloroso se torna equilibrado com cloro, gerando um risco de que o gás de cloro seja liberado da água de ácido hipocloroso na água eletrolisada ácida. Desse modo, no presente gerador, a água eletrolisada alcalina produzida é retida uma vez no tanque de armazenamento de água eletrolisada alcalina 8, como mostrada na Fig .1 , e o valor de pH da água eletrolisada ácida gerada pode ser regulado misturando-se uma quantidade adequada de água eletrolisada alcalina com o fluido de dissolução com o uso da bomba de água eletrolisada alcalina 16 e a válvula de controle de fluxo 17.

EXEMPLO

[090] A seguir, são explicados exemplos da produção de água de ácido hipocloroso e água eletrolisada alcalina com o uso do gerador de água eletrolisada pela presente invenção, porém, a presente invenção não é limitada a essas modalidades.

Exemplo 1

[091] No sistema eletrolítico, como mostrada na Fig. 1, a célula de dois compartimentos 1 compreende os eletrodos (JL-510 fabricado por Permelec Electrode Ltd.) do ânodo 5 e do cátodo 6 preparados de tal modo que o catalisador de platina fosse revestido no substrato de titânio em formato de rede pelo método de decomposição térmica com 60 cm2 de área projetada e a membrana de troca catiônica 4 (Nafion (marca registrada) N-115 fabricado por Du Pont) que separa a câmara de ânodo 2 e a câmara de cátodo 3. A membrana de troca catiônica 4 foi disposta para que o respectivo eletrodo entrasse em contato com a membrana em cada lado. O separador de gás-líquido 12 foi colocado 5 cm acima da câmara de ânodo 2 e foi regulado para que a contrapressão de 50 mmH2O fosse aplicada à câmara de ânodo 2, e o tubo de saída de água eletrolisada alcalina 9 também foi colocado 5 cm acima da câmara de cátodo 3 e foi regulado para que a contrapressão de 50 mmH2O fosse aplicada à câmara de cátodo 3.

[092] No Exemplo 1, o tubo de gás de cloro 14 acima do tanque de armazenamento do eletrólito anódico 10 na Fig. 1 não estava instalado e o tubo de gás anódico 13 estava diretamente conectado ao dissolvidor de gás de cloro 18. Para o dissolvidor de gás de cloro 18, o fluido de dissolução a partir do tubo de entrada do fluido de dissolução 15 e a água eletrolisada alcalina a partir do tanque de armazenamento da água eletrolisada alcalina 8 foram misturados e aspergidos a partir da parte superior do dissolvidor de gás de cloro 18.

[093] O eletrólito anódico que era uma solução aquosa de cloreto de sódio de cerca de 8 % em peso foi circulado entre o tanque de armazenamento do eletrólito anódico 10 e a câmara de ânodo 2 pelo circulador 11. Enquanto a água mole estava sendo fornecida como água bruta para a câmara de cátodo 3 à taxa de fluxo de 1 l/min, a eletrólise foi realizada com o uso de corrente elétrica aplicada a 6A para o ânodo 5 e para o cátodo 6. Para o dissolvidor de gás de cloro 18, a água de torneira foi fornecida à taxa de fluxo de 1 l/min como o fluido de dissolução, o qual foi colocado em contato com o cloro que contém gás fornecido através do tubo de gás anódico 13 para dissolução de modo a compor a água eletrolisada ácida. A capacidade do dissolvidor de gás de cloro 18 foi projetada para que o tempo de contato e dissolução do fluido de dissolução e cloro que contém gás fosse controlado em um segundo.

[094] Após uma hora a partir do início da eletrólise, a medição da tensão de célula era de 28 V, a concentração do cloro disponível na água de ácido hipocloroso amostrado a partir do tubo de saída da água eletrolisada ácida 19 era de 108 mg/l como cloro, e o pH era de 2,7 e o aumento da densidade do cloreto de sódio era de 4 mg/l. O valor de pH da água eletrolisada alcalina amostrada a partir do tubo de saída da água eletrolisada alcalina 9 era de 11,6, e o aumento da densidade do cloreto de sódio era de 1 mg/l. Ao redor da saída do tubo de saída da água eletrolisada ácida 19 e do tanque de armazenamento do eletrólito anódico 10, o odor do cloro foi sentido levemente, porém, não a um nível problemático. A quantidade de geração de cloro que foi calculada a partir da quantidade de eletricidade aplicada era de cerca de 40 Nml/min e o tempo de contato e dissolução do fluido de dissolução com o cloro que contém gás no dissolvidor do gás de cloro 18 foi estimado como sendo 0,025 segundos por 1 ml do gás.

Exemplo 2

[095] Sob as mesmas condições que o Exemplo 1, a eletrólise foi realizada com o uso do sistema eletrolítico mencionado no Exemplo 1, adicionando uma quantidade arbitrária de água eletrolisada alcalina formada por eletrólise ao fluido de dissolução fornecido para o dissolvidor de gás de cloro 18. Após uma hora a partir do início da eletrólise, a medição da tensão de célula era de 28 V e, quando a quantidade adicionada de água eletrolisada alcalina ao fluido de dissolução foi alterada, a quantidade de água eletrolisada ácida gerada, a concentração do cloro disponível e o valor de pH, a quantidade de água eletrolisada alcalina gerada e o valor de pH eram como mostrado na Tabela 1. O ajuste do valor de pH era possível controlando-se a adição da água eletrolisada alcalina ao fluido de dissolução.

Exemplo 3

[096] Com o mesmo sistema eletrolítico descrito no Exemplo 1, a operação de eletrólise foi realizada pelo mesmo método que o Exemplo 1, com o uso do mesmo gerador de água eletrolisada como o do Exemplo 1, exceto pelo fato de que o tubo de gás de cloro 14 estava conectado à parte superior do tanque de armazenamento do eletrólito anódico 10 e conectado ao dissolvidor de gás de cloro 18 após o tubo de gás de cloro 14 e o tubo de gás anódico 13 terem sido unidos no Exemplo 3.

[097] Após uma hora a partir do início da eletrólise, a medição da tensão de célula era de 28 V, a concentração de cloro disponível na água eletrolisada ácida amostrada a partir do tubo de saída da água eletrolisada ácida 19 era de 108 mg/l como cloro, e o pH era de 2,7 e o aumento da densidade do cloreto de sódio era de 4 mg/l. o valor de pH da água eletrolisada alcalina amostrada a partir do tubo de saída da água eletrolisada alcalina 9 era de 11,6, e o aumento da densidade do cloreto de sódio era de 1 mg/l. o odor do cloro foi sentido levemente ao redor da saída do tubo de saída de água eletrolisada ácida 19, porém, nenhum odor de cloro foi sentido ao redor do tanque de armazenamento do eletrólito anódico 10. Exemplo 4

[098] A eletrólise foi iniciada com o uso do mesmo sistema eletrolítico e o mesmo método do Exemplo 3, exceto pelo fato de que o tubo de saída da água eletrolisada alcalina 9 está disposto 5 cm acima da câmara de cátodo 3 como no Exemplo 1, e a contrapressão à câmara de cátodo 3 estava sendo regulada a 50 mmH2O, o separador de gás-líquido 12 estava disposto 30 cm acima da câmara de ânodo 2 e a contrapressão à câmara de ânodo 2 estava sendo regulada a 300 mmH2O no Exemplo 4. Então, no Exemplo 4, a membrana de troca catiônica foi impulsionada para o cátodo poroso aumentando-se a contrapressão da câmara de ânodo para que fosse maior do que aquela da câmara de cátodo.

[099] Após uma hora a partir do início da eletrólise, a medição da tensão de célula era de 2,8 V, a concentração do cloro disponível na água eletrolisada ácida amostrada a partir do tubo de saída da água eletrolisada ácida 19 era de 108 mg/l como cloro, e o pH era de 2,7 e o aumento da densidade do cloreto de sódio era de 4 mg/l. o valor de pH da água eletrolisada alcalina amostrada a partir do tubo de saída da água eletrolisada alcalina 9 era de 11,6, e o aumento da densidade do cloreto de sódio era de 1 mg/l. Exemplo 5

[0100] A operação de eletrólise foi realizada pelo mesmo sistema eletrolítico e pelo mesmo método que aquele descrito no Exemplo 4, exceto pelo fato de que o eletrólito anódico era uma solução aquosa de cloreto de sódio de 30 % em peso no Exemplo 5.

[0101] Após uma hora a partir do início da eletrólise, a medição da tensão de célula era de 2,6 V, a concentração de cloro disponível na água eletrolisada ácida amostrada a partir do tubo de saída da água eletrolisada ácida 19 era de 113 mg/l como cloro, o pH era de 2,8 e o aumento da densidade do cloreto de sódio era de 4 mg/l. O valor de pH da água eletrolisada alcalina amostrada a partir do tubo de saída da água eletrolisada alcalina 9 era de 11,7, e o aumento da densidade do cloreto de sódio era de 1 mg/l. Exemplo 6

[0102] A operação de eletrólise foi realizada pelo mesmo sistema eletrolítico e pelo mesmo método que aquele descrito no Exemplo 5, exceto pelo fato de que o tempo de contato e dissolução do fluido de dissolução com o cloro que contém gás no dissolvidor de gás de cloro 18 era de dois segundos no Exemplo 6.

[0103] Após uma hora a partir do início da eletrólise, a medição da tensão de célula era de 2,6 V, a concentração de cloro disponível na água eletrolisada ácida amostrada a partir do tubo de saída de água eletrolisada ácida 19 era de 120 mg/l como cloro, o pH era de 2,7 e o aumento da densidade do cloreto de sódio era de 4 mg/l. O valor de pH da água eletrolisada alcalina amostrada a partir do tubo de saída da água eletrolisada alcalina 9 era de 11,7, e o aumento da densidade do cloreto de sódio era de 1 mg/l. Nenhum odor de cloro foi sentido ao redor do tanque de armazenamento do eletrólito anódico 10 e da saída do tubo de saída da água eletrolisada ácida 19.

[0104] O tempo de contato e dissolução do fluido de dissolução com cloro que contém gás foi estimado em 0,05 segundos por 1 ml do gás. Exemplo Comparativo 1

[0105] A Fig.2 é um tipo convencional de gerador de água eletrolisada com o uso de uma célula de três compartimentos, o qual compreende a célula de três compartimentos 21, a câmara de ânodo 22, a câmara de cátodo 23, a câmara intermediária 24, a membrana de troca aniônica 25, a membrana de troca catiônica 26, o ânodo 27, o cátodo 28, o tanque de armazenamento do eletrólito da câmara intermediária 29 e o circulador 30. No gerador de água eletrolisada mostrada na Fig.2, a célula de três compartimentos 21 é separada pela membrana de troca aniônica 25 (Neosepta (marca registrada) AHA fabricado por Tokuyama Corporation) na câmara de ânodo 22 e na câmara intermediária 24 e adicionalmente separada pela membrana de troca catiônica 26 (Nafion (marca registrada) N-115 fabricado por Du Pont) na câmara de cátodo 23 e na câmara intermediária 24. Os eletrodos (JL-510 fabricado por Permelec Electrode) do ânodo 27 e do cátodo 28, sendo que cada um é produzido a partir de substrato de titânio em formato de rede com a área projetada de 60 cm2 revestido com catalisador de platina pelo método de decomposição térmica, foram dispostos na câmara de ânodo 22 e na câmara de cátodo 23, respectivamente.

[0106] A solução da câmara intermediária que era a solução aquosa de cloreto de sódio de cerca de 30 % em peso foi circulada pelo circulador 30 entre o tanque de armazenamento do eletrólito da câmara intermediária 29 e a câmara intermediária 24. A água mole, como água bruta, foi fornecida para a câmara de cátodo 23 a uma taxa de fluxo de 1 l/min e a água de torneira, como água bruta, foi fornecida para a câmara de ânodo 22, e a eletrólise foi realizada por corrente elétrica aplicada a 6A ao ânodo 27 e ao cátodo 28.

[0107] Após uma hora a partir do início da eletrólise, a medição da tensão de célula era de 6,2 V, a concentração de cloro disponível na água eletrolisada ácida produzida no ânodo 27 era de 71 mg/l como cloro, e o pH era de 2,6 e o aumento da densidade do cloreto de sódio era de 47 mg/l. o valor de pH da água eletrolisada alcalina produzida no cátodo 28 era de 11,7, e o aumento da densidade do cloreto de sódio era de 1 mg/l.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0108] O método de geração de água eletrolisada e o gerador, de acordo com a presente invenção, podem minimizar a mistura de ingredientes de sal de materiais brutos na água eletrolisada ácida gerada e na água eletrolisada alcalina e, desse modo, podem ser aplicados amplamente na indústria associada à alta corrosividade e nos campos agrícolas.

LISTA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS

[0109] 1 Célula de dois compartimentos

[0110] 2 Câmara de ânodo

[0111] 3 Câmara de cátodo

[0112] 4 Membrana de troca catiônica

[0113] 5 Ânodo

[0114] 6 Cátodo

[0115] 7 Tubo de entrada de água bruta

[0116] 8 Tanque de armazenamento de água eletrolisada alcalina

[0117] 9 Tubo de saída de água eletrolisada alcalina

[0118] 10 Tanque de armazenamento de eletrólito anódico

[0119] 11 Circulador

[0120] 12 Separador de gás-líquido

[0121] 13 Tubo de gás anódico

[0122] 14 Tubo de gás de cloro

[0123] 15 Tubo de entrada de fluido de dissolução

[0124] 16 Bomba de água eletrolisada alcalina

[0125] 17 Válvula de controle de fluxo

[0126] 18 Dissolvidor de gás de cloro

[0127] 19 Tubo de saída de água eletrolisada ácida

[0128] 20 Tubo de saída de eletrólito anódico

[0129] 21 Célula de três compartimentos

[0130] 22 Câmara de ânodo

[0131] 23 Câmara de cátodo

[0132] 24 Câmara intermediária

[0133] 25 Membrana de troca aniônica

[0134] 26 Membrana de troca catiônica

[0135] 27 Ânodo

[0136] 28 Cátodo

[0137] 29 Tanque de armazenamento do eletrólito da câmara intermediária

[0138] 30 Circulador

Claims

1. MÉTODO DE GERAÇÃO DE ÁGUA ELETROLISADA, caracterizado por compreender as etapas de: o eletrólito anódico que compreende uma solução aquosa com cloreto de metal alcalino dissolvido ser fornecido e circulado a partir de um tanque de armazenamento (10) de eletrólito anódico que retém o eletrólito anódico em uma câmara de ânodo (2) de uma célula de dois compartimentos (1) separada por uma membrana de troca catiônica (4) em duas câmaras de uma câmara de ânodo (2) que acomoda um ânodo (5) e uma câmara de cátodo (3) que acomoda um cátodo (6), em que o dito cátodo (6) é produzido a com materiais porosos e é disposto de maneira que seja fixado de modo próximo à membrana de troca catiônica (4), e em que a contrapressão da dita câmara de ânodo (2) é maior do que aquela da câmara de cátodo (3), a água bruta livre de cloreto de metal alcalino é fornecida para a câmara de cátodo (3), em que a dita água bruta livre de cloreto de metal alcalino é consistida de água eletrolisada preparada pela remoção de íons Ca e íons Mg contidas na água de poço ou água da rede pública ou água de troca iônica preparada removendo- se adicionalmente outro cátion e outro ânion, e água pura preparada pela remoção até mesmo componentes orgânicos, a eletrólise ser realizada, através da qual: a água alcalina eletrolizada livre de cloreto de metal alcalino na câmara de cátodo (3) ser produzida e simultaneamente, o cloro que contém gás ser produzido na câmara de ânodo (2), após o gás ter sido separado e coletado a partir do eletrólito anódico, permite-se que o dito gás entre em contato com o fluido de dissolução livre de cloreto de metal alcalino para ser dissolvido, e a água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino ser produzida.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, quando o gás separado e coletado a partir do eletrólito anódico entra em contato com o fluido de dissolução a ser dissolvido, a água eletrolisada alcalina eletroliticamente produzida ser adicionada ao fluido de dissolução a uma taxa de fluxo regulada para controlar o pH da água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino.

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por, após o cloro que contém gás evoluído a partir do tanque de armazenamento do eletrólito anódico ter sido coletado e misturado com o cloro que contém gás evoluído na câmara de ânodo, o cloro que contém gás misturado ser colocado em contato com o fluido de dissolução a ser dissolvido para produzir a água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela eletrólise ser realizada aplicando-se o eletrólito anódico, em que o cloreto de metal alcalino é dissolvido a 10% em peso ou mais.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo tempo de contato e dissolução do cloro eletroliticamente gerado que contém gás com o fluido de dissolução ser de 0,05 segundos ou mais por 1 ml do gás.

6. GERADOR DE ÁGUA ELETROLISADA PARA PRODUZIR SIMULTANEAMENTE ÁGUA ELETROLISADA ÁCIDA LIVRE DE CLORETO DE METAL ALCALINO E ÁGUA ELETROLISADA ALCALINA LIVRE DE CLORETO DE METAL ALCALINO ATRAVÉS DE UMA CÉLULA DE DOIS COMPARTIMENTOS (1), caracterizado por compreender: uma célula de dois compartimentos (1) dividida em dois compartimentos de uma câmara de ânodo (2) que acomoda um ânodo (5) e uma câmara de cátodo (3) que acomoda um cátodo (6) através de uma membrana de troca catiônica (4), em que o dito cátodo (6) é feito de um material poroso e é disposto em contato próximo com a membrana de troca catiônica (4), e em que, em operação, a contrapressão da dita câmara de ânodo (2) é maior do que aquela da dita câmara de cátodo (3), um tanque de armazenamento (10) de eletrólito anódico para reter o eletrólito anódico que compreende uma solução aquosa em que o cloreto de metal alcalino é dissolvido, um circulador (11) que circula o eletrólito anódico no tanque de armazenamento (10) do eletrólito anódico para a câmara de ânodo (2), um tubo de saída (20) do eletrólito anódico para descarregar o cloro que contém gás evoluído na câmara de ânodo (2) e o eletrólito anódico com gás dissolvido do mesmo a partir da câmara de ânodo (2), um separador de gás- líquido (12) que separa o cloro que contém gás do tubo de saída (20) do eletrólito anódico e do eletrólito anódico com o gás dissolvido, um dissolvedor (18) de gás de cloro para produzir a água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino fazendo com que o gás, após separado e coletado a partir do eletrólito anódico no separador de gás-líquido (12), entre em contato com o fluido de dissolução livre de cloreto de metal alcalino, um tubo de entrada (15) de fluido de dissolução para fornecer fluido de dissolução para o dissolvedor de gás de cloro, um tubo de entrada (7) de água bruta para fornecer água bruta livre de cloreto de metal alcalino para a câmara de cátodo (3), e um tubo de saída (9) de água eletrolisada alcalina para descarregar a água eletrolisada alcalina gerada na câmara de cátodo a partir da câmara de cátodo (3), em que a altura do separador de gás-líquido (12) localizado acima da câmara de ânodo (2) é mantida maior do que a altura do tanque de armazenamento da água eletrolisada alcalina (8) e o tubo de saída da água eletrolisada alcalina (9) localizado a jusante da câmara de cátodo (3).

7. GERADOR, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo pH da água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino ser regulado adicionando-se água eletrolisada alcalina eletroliticamente produzida a uma taxa de fluxo controlada ao dissolvedor de gás de cloro, onde a água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino é produzida com o gás separado e coletado a partir do eletrólito anódico no separador de gás-líquido, sendo que se permite que o dito gás entre em contato com o fluido de dissolução a ser dissolvido.

8. GERADOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 ou 7, caracterizado pela água eletrolisada ácida livre de cloreto de metal alcalino ser produzida coletando-se o cloro que contém gás evoluído no tanque de armazenamento do eletrólito anódico, misturando-o com o cloro que contém gás evoluído na câmara de ânodo e colocando-se os gases misturados em contato com o fluido de dissolução a ser dissolvido.

9. GERADOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pela porção de água bruta no tubo de entrada para fornecer água bruta livre de cloreto de metal alcalino para a câmara de cátodo ser ramificada e ligada ao tubo de entrada para fornecer o fluido de dissolução para o dissolvedor do gás de cloro, e água bruta ramificada é utilizada como fluido de dissolução.